乳化炸药节能型工艺探索.pdf

8 爆破器材E x p l ∞i 饨M 矗t e r i a l -第3 6 卷第5 期 乳化炸药节能型工艺探索 唐晓胃冉隆文 青阳久联化工有限责任公司 贵州贵阳，5 5 0 0 2 5 青州科技工程职业技术学校 贵州贵阳，5 5 0 0 0 8 黄寅生 南京理工大学 江苏南京，2 1 0 0 9 4 ． [ 摘要] 通过对传统乳化炸药生产工艺的分析指出，如果把硝酸饺生产时的中和料液直接用于乳化炸药生产， 既可节省硝酸饺生产中料液蒸发时的能耗，又可节省乳化炸药生产中制备硝酸铵溶液时对固体硝酸铰的破碎、溶 解所需的热能和动力消耗，并简化工艺．硝酸饺中和科液的获取有三种方式t 直接购买硝酸饺中和科液，用保温檀 车运输，直接购买中和料液用保温管道传输，购买稀硝酸和液氨为原料直接中和御取硝酸饺料液．新工艺从原料生 产开始，关注企业节能降耗，使企业生产既具有良好的经济效益，又具有良好的社会效益． [ 关健词] 乳化炸药硝酸饺节能中和液 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 1 引育通常占炸药总量的9 0 ％左右，基本上是由硝酸铵溶 乳化炸药泛指一类用乳化技术制备的油包水 解于水制得的[ I ] 。市场上的工业原料硝酸铵主要是 W ／O 乳胶型抗水工业炸药，它是以氧化剂水溶液粒状或块状产品，在用于生产乳化炸药时，必须经过 的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心 破碎和溶解过程。乳化炸药生产工艺如图1 所示。 玻璃微球或其它多孔性材料的似油类物质构成的连固体硝酸铵的破碎需要消耗动能，增加设备，且 续介质中，形成一种油包水型的特殊乳化体系[ 1 ] 。形 劳动强度大，工作环境差，增加环境污染，同时固体 成分散相的氧化剂水溶液是制备乳化炸药的基础，硝酸铵的溶解过程又是一个耗时和耗能的过程，需 装箱包装都可正常运行。由于是自动开箱入箱，因此 设备机构和运行过程较为复杂，工业自动化程度高， 维修保养需一定的技术支撑，系统工作过程安全可 靠，性价比略高，特别适用于大企业及技术力量较强 的企业且年产能力在适宜的范围内。这种工艺不仅 符合中包装箱包装的基本原则要求，同时使工业化 技术水平得到提升，有利于构建现代化企业和文明 生产，是工业炸药装箱包装的发展方向． ●初步研究结论 工业炸药小药卷中包装箱包装工艺与设备的研 发应用势在必行，它对全套包装系统的技术状况会 产生显著影响，是全自动包装系统的关键与难点之 一。工艺技术与设备设计应具备成熟、可靠、先进、连 续、性价比高、制品规整牢固的特点。整列套箱工艺 技术成熟，运行可靠，价格较低，但需人工开箱套箱， 对提高包装系统的工业化程度有一定影响．整列自 动开箱入箱工艺技术先进，过程平稳，价格适中，自 动化程度高。工业化生产表明，这两种工艺技术及其 设备完全能满足小药卷炸药中包装箱包装的基本要 求，分别适宜于年产1 0 0 0 0t 以下和以上的生产能 力，在技术力量许可时应优先选用整列自动开箱入 箱工艺技术，以全面提高包装生产线的技术水平。 参考文献 [ 1 ] 杨民刚．工业炸药小药卷中包自动裹包工艺技术探讨 [ J ] ．煤矿曩破，2 0 0 5 “ 。1 ～3 ． ’T e c h o I 鸭y o fP 曩c k 鸭i n gt hE x p l 媚I v eC a r t r l d g e ． №M i n ’弘I I g 7’t 瑚酗t i 吣T e c h n o l o 盱R e 髓眦hI 邶t i t u t eo fC C R I 触iH u “b e i ，2 3 5 0 3 9 [ A B 盯R A l 汀] A c ∞r d i n gt ot l 地c u r r e n ts i t u t a i 叩o ft h ep r o d u c t i o n 慨h 肿l o g yo fi I I d u 8 t r i a le x p l o s i 饨c a r t r i d 鹊， t h en e c e 豁i t yo fa u t oc 眦i I 唱t h ee x p l o s i 饨c I n r i d g e oi 5p u tf o r w r d ．T h ec h n c t e r i s t i co ft w o 嘲t i n gt e c h ∞l o g i ∞ a r ea n l y 缱dl n dc o r r ∞p o r l d i n gc o n c I u 。i o n 矗r eg i 、陀n ． D 【E Yw O R D s ]i n d u s t r i a le 印l ∞i 他，m i dp I c k a 弘，咖t ，t e c l I ∞l o 盯 万方数据 2 0 0 7 年1 0 月乳化炸药节能童工艺探索唐晓嗣等 图l 乳化炸药生产工艺流程示意图 要消耗大量蒸汽．直接用硝酸铵生产中的半成品 硝酸铵溶液作为生产乳化炸药的原料，既可以 省去固体硝酸铵破碎作业和固体原料的溶解过程， 节省时间，又可以大大降低能耗，节约能源和水，从 而降低成本，简化生产工艺。 2 无硝酸铵破碎工艺 2 ．1 固体硝酸铵生产工艺简介 固体硝酸铵的生产过程有多种生产工艺D 】，首 先可分为中和热利用和不利用两种。按中和压力不 同可分为常压法和加压法，加压法的压力一般在o ．2 ～0 ．5M P a ，按硝酸铵的结晶形式又可分为结晶法 和造粒法。根据原料稀硝酸浓度，氨气和稀硝酸预热 程度的不同，其生产工艺流程又有无蒸发法和一段 蒸发法二段 或三段 蒸发法等几种。以常压中和法 为饲，如以4 2 ％～4 5 ％的稀硝酸中和氨需要采用二 到三段蒸发器将硝酸铵溶液蒸发浓缩后才送去造 粒I 如采用5 0 ％以上的硝酸加之对原料进行适当预 热，中和器出口溶液浓度可达8 5 ％～9 5 ％，则一段 蒸发后即可造粒，制得固体硝酸铵。 、 图2 是以4 2 ％～4 5 ％的稀硝酸和纯度 9 9 ％ 的氮气为原料，经预热至4 0 ～6 0 ℃后的常压中和三 段蒸发造粒生产硝酸铵的工艺流程示意图。 为使氨气与硝酸的消耗量更接近生成硝酸铵的 理论量并减少酸性溶液对设备的腐蚀，要求硝酸铵 溶液呈中性或微碱性，一般含游离氨o ．1 ～o ．5g ／L 为宜，若生产固体硝酸铵，生产1 0 0 0k g 硝酸铵会损 失1 ．6 ～8 ．0k g 氨，而此处是生产6 0 ％～7 0 ％的溶 液，氨气不会逸出，即不会损失氨。中和器出口溶液 硝酸铵浓度达6 4 ％以上，温度1 1 5 ～1 2 5 ℃。一段加 热蒸汽是用硝酸与氨中和及二段蒸发器产生的0 ．0 2 M P a 低压二次蒸汽，二、三段则用的是外加蒸汽。一 次蒸发后料液浓度可达7 8 ％～8 5 ％，出二段蒸发器 4 2 ％～4 5 ■ 稀硝酸 9 婵氮气 o ．0 2 耶a 二次蒸汽- 一I 一段蒸发i 门 ， 料浆l 6 “ I 硝酸与氨中希l I J7 8 ％～8 蹦 o ．蹦P a 蒸汽 二段蒸发器l l9 0 ％一9 器 三段蒸发器I l 9 8 ．2 ％ 造粒 图2 常压中和三段蒸发造粒 生产硝饺流程示意图 料液浓度为9 0 ％～9 2 ％，出三段蒸发器料液浓度可 达9 8 ．2 ％，可直接送去喷浆造粒． 硝酸与氨的中和反应式如下【。】 ’ N H 3 H N o I 一N H ‘N O l 1 4 9 ．1 k J 理论上，每生产1 0 0 0k 9 1 0 0 ％N H 。N O l 可放出 反应热 N H ．N O 。的分子量为8 0 l 1 4 9 ．1 1 0 3 1 0 0 0 ／8 0 1 ．8 6 4 1 0 ‘ k J 2 ．2 无固体硝酸铵破碎乳化炸药生产工艺 从图2 中可以看出，出二段蒸发器料液浓度已 达到甚至超过乳化炸药生产中所需无机盐氧化剂浓 度 乳化炸药生产中要求无机盐浓度至少6 0 ％～ 8 0 ％ 【玎，就是出中和槽的料液浓度 6 4 ％ 也已经 达到乳化炸药生产所需硝酸铵基本浓度 至少5 0 ％ 一7 0 ％ 【I 】．现将中和后的料液或经一段蒸发后的浓 缩料液直接用来作为生产乳化炸药的无机盐氧化 剂，则一方面在乳化炸药生产时可以省去固体硝酸 铵的破碎和溶解过程，另一方面，硝酸铵生产省去 二、三段蒸发工序，甚至将全部蒸发工序省去，既降 低能耗 如不蒸发或蒸发也仅用硝酸与氨中和时产 生的蒸汽作热源，则生产每吨硝酸铵 以固体 N H ‘N O I 计 可节约1 ．3 1 0 3 k g 左右蒸汽[ ‘】 及动 能消耗，又减少了设备投资和操作费用，同时，硝酸 与氨的中和反应属强酸碱中和反应，反应放热量大。 如果保温良好，中和反应速率快，又能有效利用中和 热，则可进一步降低乳化炸药的生产能耗，进一步降 低生产成本。无硝酸铵破碎乳化炸药生产工艺流程 如图3 所示． 该工艺与原工艺相比，省去了固体硝酸铵的破 碎和溶解操作，而溶化罐则可用于溶解硝酸钠等，在 现有以固体硝酸铵为原料的工艺基础上进行生产 时，由于溶化罐本身采用蒸汽夹套保温，因此唯一需 要解决的是合格的硝酸饺中和料液的获取问题。这 万方数据 1 0 曩破器材E x p I ∞i 饨M a t e r i a l s 第3 6 卷第5 期 图3 无硝铵破碎乳化炸药 生产工艺流程示意图 一问题可采用下列方式解决。 2 ．2 ．1 直接从现有硝酸铵生产厂家购买中和料液 采用该方案时，为保证生产的连续性和稳定性， 除需要增加一定数量的专用料液运输槽车外，还需 要增加一个有足够容量的料液贮槽。 根据各种温度下硝酸铵在水中的溶解度可 知c 3 ] ，当温度较低时 接近常温 ，大于6 0 ％的硝酸 铵溶液有可能析晶。因此运输和贮存过程中必须解 决料液的保温问题，料液温度必须高于料液的饱和 温度，即运输槽车和料液贮槽都必须采取有效的保 温措施。温度为1 5 ℃时，硝酸铵的溶解度 质量分 数，下同 可达6 2 ．7 6 ％，2 0 ℃时为6 5 ．2 4 ％，因此对 于浓度大于6 4 ％的料液，其保温负荷并不大，而且 出中和槽料液温度高达1 1 5 ～1 2 5 ℃，甚至更高，在 运输距离不太远的情况下，运输槽车只需用保温材 料进行保温即可，不必再进行加热保温。另外，由于 硝酸铵的腐蚀性问题，运输槽车和料液贮槽还必须 进行有效的防腐处理。 2 ．2 ．2 管道传输中和料液 如果炸药厂离硝酸铵生产厂足够近，则可考虑 采用管道传输，直接从硝酸铵生产厂将1 1 5 ～1 2 5 ℃ 的料液通过管道传输到乳化炸药生产厂，从而省去 运输槽车和硝酸铵料液贮槽，只需对传输管道进行 适当的保温即可。 2 ．2 ．3 直接建一套稀硝酸与氨的中和装置 从现有的硝酸铵生产工艺可知，硝酸与氨气的 中和制取中和料液的工艺并不复杂，仅需一个带搅 拌装置的中和反应槽而已 当然也可采用更为高效 快速的中和反应设备进行中和 ，如需要制取较高浓 度的料液，可用中和时产生的蒸汽作热源对料液进 行一次蒸发。硝酸与氨的中和反应为强酸强碱的中 和反应，属强放热反应，生产每1 0 0 0k g1 0 0 ％ N H ．N O 。可放出1 ．8 6 4 1 0 ‘k J 的热量．传统的中和 工艺凭中和热即可将中和液温度升高刭1 1 5 ～ 1 2 5 ℃，如果采用高效快速中和设备进行中和，则出 中和反应器的硝酸铵料液温度还可升高很多，这样 中和料液经闪击蒸发其浓度大大提高，可进一步简 化流程。中和好的料液直接送去乳化炸药生产工序 作生产原料。图4 为用稀硝酸和氨为原料直接制取 硝酸铵生产乳化炸药的工艺流程示意图． ， 图4 直接中和生产硝铰乳化炸药 生产工艺流程示意图 从硝酸厂购来的4 4 ％～4 7 ％稀硝酸 我国常压 法稀硝酸产品浓度为4 5 ％～5 0 ％ 存放于稀硝酸贮 槽中，通过稀硝酸泵打人稀硝酸高位槽 可进行璜 热 备用，从合成氨厂购来的液氨则存放于液氨罐 中，用液氨泵打人氨过滤蒸发器，一方面过滤液氨中 的有机杂质，另一方面进行氨的气化。然后将二者放 人中和反应器进行中和，中和后的料液浓度 6 4 ％， 可直接放入料液中间槽。根据炸药生产对料液浓度 的需要以及中和反应器形式的不同，也可对中和料 液进行浓缩处理，如用普通中和槽进行中和 如图4 中虚线所示 ，则可用中和时产生的蒸汽作热源对中 和料液进行一次蒸发，再送到中间槽，多余的蒸汽还 可用于蒸发液氨’如采用快速中和反应器 如图4 中 。⋯⋯”所示 ，则中和料液经一次闪蒸后送去中问 槽，中和闪蒸时产生的蒸汽可作为液氨气化的热源。 中和槽中料液的温度较高，流入溶解罐后可将硝酸 钠等直接加入进行溶解 也可直接在中间槽溶解，省 去溶解罐 ，而不必再用外加蒸汽加热，可实现不用 外来蒸汽进行无机盐溶液的制备． 万方数据 2 0 0 7 年1 0 月乳化炸药节能童工艺探索唐晓丽等1 1 2 ．3 新老工艺特点比较 根据工艺流程，将现有的以固体硝酸铵为原料 的乳化炸药传统工艺与中和后的稀硝酸铵料液为原 料的无硝酸铵破碎新工艺的优缺点比较如表1 所 示． 由于新老工艺只是在无机氧化剂硝酸铵溶液的 制取上有区别，因此只进行硝酸铵溶液制取方面的 比较，又因乳化炸药的生产成本与硝酸铵生产成本 密切相关，因此表1 是将硝酸铵生产工艺加在一起 进行分析比较的。 从图l ～图4 和表1 可知，如果从以稀硝酸和 氨为原料开始算起，传统的以固体硝酸铵为原料的 乳化炸药生产工艺流程最复杂最长，占地面积最大， 设备投资也最大，动能和热能消耗最大，操作费用及 管理成本也最大，且在固体硝酸铵生产时需将水分 除去，而后在制备硝酸铵料液时又要加水，造成水资 源浪费，生产成本最高． 而新工艺中工艺 1 简单，投资省，节能，热能 消耗和动能消耗较低，但由于硝酸铵料液需要专门 的运输工具运输，且需要防腐和保温，运输成本最 高，而且也受到厂址与硝酸铵生产厂距离的限制，还 受到气候的限制，热能利用也不尽合理， 工艺 2 最简单，投资最省，节能，热耗低，动能 消耗最小，企业的经济效益和社会效益均最好，但受 到乳化炸药厂址与硝酸铵生产厂距离的限制，不易 实现也不易推广I 工艺 3 作为乳化炸药厂本身投资较大，但料液 制备成本低，稀硝酸和液氨的运输也没有象运输中 和料液那样困难，而其中和热的合理利用，热能和动 能消耗均最低，且不受地域、气候的影响，企业的经 济效益和社会效益均较好，应是值得采用的生产工 艺。 表1 新老工艺优缺点比较 项目传统工艺 无固体硝酸饺破碎新工艺 工艺 1 工艺 2 工艺 3 原料固体硝酸饺和工艺水 料液成本最高 譬譬饺料液、工艺水 或不翟警饺科液，工艺水 或不稀硝酸和液氯 用用 1 ’”“1 ”“1 较高最低低 一备墨篓辫⋯撇栈⋯⋯洲黼⋯薹黧糕戮 主要设备硝酸饺库房、硝酸铵破料液檀、料液檀车、溶解簟传输管道、料液槽、溶解罐 ’名0 誓 ”二2 碎机、溶解簟 茹蕃麓籀⋯””’1 “““ 固体硝酸饺生产需要 经过三段蒸发，每中和料液可不蒸发或只经中 热能消耗警嬲麓器羹黧萋黼磊姜誓蓉薰萋蓑 汽I 固体硝酸饺的溶解蒸汽保温蒸 需要蒸汽加热 总动力 消耗’ 运输成本 投资大小 譬理成本 由于固体硝酸铵生产因省去或部分省去了硝酸因省去或部分省去了硝酸因省去了硝酸铵中和液蒸发浓 流程复杂，工序多，而饺中和液蒸发浓缩操作，无饺中和液蒸发浓缩操作I 无缩操作，且在设计合理时可实现 且需要破碎、溶解，其需破碎和溶解操作，动力消需破碎和溶解操作，动力消硝酸铵科液的无动力输送，无需 动力消耗量大耗小耗小破碎和溶解操作，动力消耗最小 震紫⋯本羹鐾警黼戤霎⋯成本彬需运豢蓁銎激徽 嘉霎黼∥黍晃㈣蓑萎黍器黑勰搿寡燃嚣瓣曩瓣 较高较低最低量高 妻蹦耋黼琵渺搿曩委荆勰雾芸瓣黼作， 注；* 动力消耗是以工艺流程中可数的传输泵的数目进行估计的． 焉{ | l 一一一一 万方数据 1 2 ■破嚣材E x p l o 。i “ M 砒e r i a l 。第3 6 卷第5 期 3 结论 ． 将乳化炸药生产工艺中传统的以固体硝酸铵为 原料制取硝酸铵溶液，改为以稀硝酸与氨中和的料 液为硝酸铵溶液，既省去了固体硝酸铵生产中稀硝 酸铵料液的蒸发、浓缩、干燥、造粒等过程，又减少了 乳化炸药生产中的固体硝酸铵的破碎和溶解过程， 两者同时节约了能源和降低了动能消耗，并简化了 流程。在能源和资源都日渐紧张的今天，对企业和社 会都具有的现实意义． [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 拄旭光．乳化炸药[ M ] ．北京，冶金工业出版社，1 9 8 6 ．5 ～6 ，1 2 4 ，1 8 5 ． 张世明．化学肥科[ M ] ．北京t 化学工业出版社，1 9 9 7 ． 2 0 0 一2 1 2 ． 夏开琦，等译．硝酸饺工艺学D 讧] ．北京t 化学工业出版 社，1 9 5 8 ．1 0 6 ，2 8 ． 陈五平．无机化工工艺学 上册，第三版 [ M ] ．北京。 化学工业出版社，2 0 0 2 ．5 ． E x p l O r a U 蚰雠E n e 曜yS a v I n gP r o d 眦t l 仰T e c h m I 哩yo fE m u l s I 蚰E 砷l 媚I V 铭 T a n g Ⅺ∞l i G u i y a n gJ i u l i 蛐C h e m i c a lC o ．L t d G u i z h o uG u i y a I l g ，5 5 0 0 2 5 R a nL o n 毋他n G “Z h 伽S C I ．T E C HE n g i 腿e r i n gV ∞a t i o 魁lC o l l e 弘 G u i z h o uG u i y a 赡，5 5 0 0 0 8 H u a n gY i 鹏h e W N a n j i n gU I l i 代r s i t yo fS d e 眦ea n dT e c h ∞l o g y J i a I l g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A c T ] U s i I l gt h eh o t 弛u t n l 8 0 l u t i 伽i np r o d u c i n ga 枷n i u mn i t M t et op r o d u c ee m u l s i o ne x p l 0 5 i v 鹪d i - r e c t l y ，s u c hb e n e f i 协啪b e8 c h i e v e dlt h ee n e r g yc o r 培u m p t i o nf b re 、阻p o r a t i n gt h ed i l u t es o l u t i o no fa m m o n i u mn i - t r a t ea n dt h eh e a t 基l l dp o w e rc o ∞u m p t i o nf o rb r o k i n g “d i s s o l l r i l I gt h es o l i d 锄m o 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l i t r a t e ，e n e r g y - 。a v i n g ，n e u t n l3 0 l u t i o n 湖北帅力化工有限公司顺利通过行业安全大检查 按照‘关于在民曩行业开晨以。四超”专项整治和。双基”达标为主要内容的安全大检查的通知 委爆字[ 2 0 0 7 ] 5 8 号 文件 精神，2 0 0 7 年8 月6 日至7 日，在湖北省国防科工办领导的陪同下，由吉林省国防科工办领导及吉林省民爆行业专家组成的 检查组莅临湖北帅力化工有限公司进行行业安全大检查． 检查组专家成员严格按委爆宇[ 2 0 0 7 ] 5 8 号文件精神要求，依据G B 5 0 0 8 9 9 8 ‘规范 ，W J 9 0 4 6 - 2 0 0 5 ‘规程 等法律法规和标 准，对帅力公司的综合安全管理，总体安全条件，以及乳化生产线、工业导爆索生产线、工业火雷管生产线进行了全面检查．检 查组专家严肃认真地对每条生产线上的关健工序、工作场所及综合安全管理水平进行了严格的检查．对帅力公司近年来在生 产线、生产工房及总库库区等方面的改造工作给予肯定，评价公司工业导爆索生产线的技术及硬件设施均为国内先进水平． 同时也指出了生产线上存在的问题。并与公司共同研讨整改方案，责令公司立即按规定要求实施整改． 检查组专家对检查情况进行忙总和综合评判，形成一致意见．湖北帅力化工有限公司以9 3 ．7 2 分的高分顺利通过了行业 安全大检查，达到A 级安全等级，符合安全生产要求． 成亚文 万方数据